1Los microprocesadores de INTELBarry B. BREYPrentice HallDesigning Embedded Systems withPIC Microcontrollers , Principles ...
2                       CAPÍTULO 1            Introducción al microprocesador                   Y a la computadoraOBJETIVO...
3A propósito, el lenguaje de programación PASCAL se llama así en honor aBlaise Pascal, por su trabajo como pionero en mate...
4LA ERA ELÉCTRICAEl siglo XIX vio el surgimiento del motor eléctrico (concebido por MichaelFaraday); con él llegó una mult...
5Hoy Zuse finalmente recibe el reconocimiento por su trabajo en el área de laelectrónica digital, que comenzó en los años ...
6Los hechos posteriores más relevantes fueron los correspondientes aldesarrollo del transistor en 1948 por los laboratorio...
7A menudo las computadoras son llamadas máquinas de von Neumann en suhonor (sin embargo, recuerde que Babbage ya había des...
8han salido del salón de clases y son utilizados en muchos sistemas decómputo;BASIC es probablemente el más sencillo de ap...
9LA ERA DEL MICROPROCESADOREl primer microprocesador del mundo, el Intel 4004, era de 4 bits; constaba deun controlador pr...
10El 8008Al darse cuenta de que el microprocesador era un producto comercialmenteviable, en 1971 INTEL puso a la venta el ...
11Rockwell prácticamente abandonó el desarrollo de microprocesadores, paradedicarse a los circuitos de módems.La participa...
12EL MICROPROCESADOR 8085.En 1977, Intel Corporation presentó una versión actualizada del 8080: el8085.Éste sería el últim...
13Esta velocidad de ejecución y tamaño de memoria mayores permitieron a los8086 y 8088 reemplazar a las minicomputadoras d...
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15El 80386 fue el primer microprocesador práctico de 32 bits de Intel, e incluíaun bus de datos y direccionamiento de memo...
16Para presentar una pantalla de información, es necesario cambiar cadaelemento gráfico, lo que requiere un microprocesado...
17Los microprocesadores anteriores dejaron la administración de memoriacompletamente a cargo del software.El 80386 incluyó...
18a la velocidad de 66 MHz, con transferencias de memoria que eran ejecutadasa 33 MHz (es por ello que este microprocesado...
19EL MICROPROCESADOR PENTIUM.El Pentium, fabricado en 1993, era similar a los microprocesadores 80386 y80486.Este micropro...
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21El ancho ampliado del bus de datos y la velocidad de ejecución mayor delPentium, permiten que los despliegues de vídeo a...
22Estas características aseguran un éxito continuo para la familia demicroprocesadores Intel. También permitirían que el P...
23Desde la liberación del Pentium Pro y el Pentium II, Intel ha cambiado al usodel índice iCOMP2, que está escalado por un...
24PROCESADOR PENTIUM PRO.Anteriormente tenía el nombre de microprocesador P6. El Pentium Procontiene 21 millones de transi...
25bus de dirección de 36 bits cuando está configurado para un sistema dememoria de 64 GB.MICROPROCESADORES PENTIUM 11.Libe...
26La diferencia principal entre el Pentium II y el Pentium II Xeon radica en queel Xeon está disponible con una memoria ca...
27Intel planea presentar una nueva arquitectura de microprocesadores con 64bits de ancho y un bus de datos de 128 bits. Es...
281.2 EL SISTEMA PERSONAL                DE    CÓMPUTO        BASADO        ENMICROPROCESADORESLos costosos sistemas de có...
29LA MEMORIA Y EL SISTEMA DE ENTRADA /SALIDA (E/S)La estructura de memoria de todos los sistemas Intel, desde el 80X86 alP...
30Los sistemas de cómputo basados en el 80286 y hasta el Pentium II, no sólocontienen el TPA (640 KB) y un área de sistema...
31  • El primero en aparecer fue el USB (Bus Serial Universal). Este bus tiene    por objeto conectar dispositivos perifér...
32Observe que la memoria flash es una EEPROM (Memoria de sólo lecturaborrable eléctricamente) que el sistema borra por med...
33Note que el TPA contiene memoria de lectura/escritura (llamada RAM omemoria de acceso aleatorio), la cual puede cambiar ...
34El área libre del TPA almacena los programas de aplicación del DOSmientras son ejecutados. Estos programas de aplicación...
35El BIOS de vídeo, ubicado en una memoria ROM o flash, se encuentra en laslocalidades desde COOOOH hasta C7FFFH y contien...
36Espacio de E/S.El espacio de E/S (entrada/salida) del sistema de cómputo se extiende desde elpuerto de E/S OOOOH hasta e...
37Hay varios dispositivos de E/S con control sobre el funcionamiento delsistema que no son diseccionados en forma automáti...
38Observe que este archivo no define la operación de Windows, la cual estádefinida en su propio archivo de registros.AUTOE...
39Los buses  • Seleccionan un dispositivo de E/S o de memoria,  • Transfieren información entre estos dispositivos y el mi...
40A partir del 80486, el microprocesador contenía un coprocesador numéricoque le permitía realizar operaciones aritméticas...
41La figura 1-10 muestra cómo estos buses interconectan varios componentesdel sistema, como el microprocesador, la RAM (me...
42Microproce Tamaño         Ancho de los buses    Localidadessador       de                   de             Mínima – Máxi...
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44El bus de control contiene líneas que seleccionan ya sea a la memoria o la E/Sy que ocasionan que éstas efectúen una ope...
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  1. 1. 1Los microprocesadores de INTELBarry B. BREYPrentice HallDesigning Embedded Systems withPIC Microcontrollers , Principles and applicationsTim WilmshurstELSEVIERMicrocontrolador PIC16F84, Desarrollo de Proyectos.Enrique PalaciosAlfaomega RA-MA 1
  2. 2. 2 CAPÍTULO 1 Introducción al microprocesador Y a la computadoraOBJETIVOS DEL CAPÍTULO 1. Comunicarse adecuadamente usando términos de cómputo como bit, byte, datos, sistema de memoria real, EMS (Sistema de Memoria Expandida), XMS (Sistema de Memoria Extendida), DOS, BIOS, E/S y otros. 2. Explicar brevemente la historia de la computadora y enumerar algunas aplicaciones de los sistemas de cómputo. 3. Ofrecer un panorama general de los diferentes miembros de las familias 80X86, Pentium y Pentium II. 4. Dibujar el diagrama de bloques de una computadora y explicar la función de cada bloque. 5. Describir la función del microprocesador y detallar su funcionamiento básico. 6. Definir el contenido del sistema de memoria de la computadora personal1.1 UNA SEMBLANZA HISTÓRICALA ERA MECÁNICALa idea de hacer cálculos usando una máquina se remonta al año 500 a.C.cuando los babilonios inventaron el ábaco, la primera calculadora mecánica.El ábaco, usado ampliamente aún en la actualidad, no fue superado sino hasta1642, cuando el matemático Blaise Pascal inventó una calculadora construidacon engranes y ruedas. Cada engrane tenía diez dientes que, cuando daba unavuelta completa, hacía avanzar un segundo engrane una posición.Éste es el mismo principio usado en el mecanismo del Tacómetro (odómetro)del automóvil y es la base de todas las calculadoras mecánicas. 2
  3. 3. 3A propósito, el lenguaje de programación PASCAL se llama así en honor aBlaise Pascal, por su trabajo como pionero en matemáticas y con lacalculadora mecánica. La aparición de las primeras máquinas mecánicas prácticas basadas enengranes, usadas para el cómputo de información, data del siglo xix, antes deque el hombre inventara la bombilla eléctrica.El hombre soñaba con máquinas que pudieran efectuar cómputos numéricoscon base en un programa y no simplemente obtener resultados numéricos,como con una calculadora. En 1937 se descubrió, a través de planos y revistas, que CharlesBabbage fue uno de los pioneros de las máquinas mecánicas de cómputo,ayudado por Augusta Ada Byron, la Condesa de Lovelace.Babbage fue comisionado por la Real Sociedad Astronómica de Gran Bretañaen 1823 para elaborar una máquina calculadora programable. Esta máquinatendría que generar tablas de navegación para la Marina Real.Babbage aceptó el reto y comenzó a crear lo que llamó su Máquina analítica.Esta máquina era una computadora mecánica que almacenaba 1000 númerosdecimales de 20 dígitos y un programa variable que podía modificar lafunción de la máquina para realizar diferentes tareas de cálculo.La alimentación de información se hacía a través de tarjetas perforadas. Sesupone que Babbage obtuvo esta idea de Joseph Jacquard, un francés queusaba tarjetas perforadas para alimentar información a una máquina tejedora(es decir, la programaban) inventada por él en 1801.El telar de Jacquard utilizaba tarjetas perforadas para producir complicadospatrones de tejido en la tela elaborada. Después de muchos años de trabajo, el sueño de Babbage empezó adesvanecerse cuando se dio cuenta de que los mecánicos de su época eranincapaces de crear las piezas requeridas para completar su creación. Lamáquina analítica requería de más de 50,000 partes mecánicas, que no podíanser elaboradas con la precisión suficiente como para permitir unfuncionamiento confiable. 3
  4. 4. 4LA ERA ELÉCTRICAEl siglo XIX vio el surgimiento del motor eléctrico (concebido por MichaelFaraday); con él llegó una multitud de máquinas sumadoras movidas pormotor, todas basadas en la calculadora mecánica desarrollada por BlaisePascal.Estas calculadoras mecánicas impulsadas eléctricamente fueron equipos deoficina comunes hasta el inicio de los años setenta del siglo XX, cuandoapareció la calculadora electrónica de mano, introducida primero por Bomar.Monroe fue también un pionero de las calculadoras electrónicas, pero susmáquinas eran modelos de escritorio, de cuatro funciones, y tenían el tamañode las cajas registradoras actuales. En 1889, Herman Hollerith desarrolló la tarjeta perforada para elalmacenamiento de datos. Aparentemente, al igual que Babbage, tomóprestada la idea de Jacquard, pues creó una máquina mecánica (movida por unmotor eléctrico) que contaba, ordenaba y cotejaba información almacenada entarjetas perforadas.Hollerith fue comisionado por el gobierno de Estados Unidos para utilizar susistema de tarjetas perforadas para almacenar y tabular la información delcenso de 1890. En 1896, Hollerith creó la Tabulating Machine Company, la cualdesarrolló una línea de máquinas que funcionaban bajo el mismo principio.Después de algunas fusiones, la Tabulating Machine Company e convirtió enla International Bussines Machines Corporation, ahora más conocida comoIBM, Inc. (Las tarjetas perforadas utilizadas en computadoras sonfrecuentemente llamadas tarjetas Hollerith; el códigode 12 bits usado en una tarjeta perforada se llama código Hollerith.) Las máquinas mecánicas movidas por motor eléctrico dominaron elmundo del procesamiento de información hasta la construcción de la primeracalculadora electrónica en 1941 por un inventor alemán llamado Konrad Zuse.Su computadora de cálculo, la Z3, se utilizó en el diseño de aeronaves ymisiles para el ejército alemán durante la Segunda Guerra Mundial. Si Zusehubiera recibido el apoyo financiero adecuado por parte del gobierno alemán,muy probablemente habría desarrollado un sistema de cómputo mucho máspoderoso. 4
  5. 5. 5Hoy Zuse finalmente recibe el reconocimiento por su trabajo en el área de laelectrónica digital, que comenzó en los años treinta, y por su sistema decómputo Z3. Se ha descubierto recientemente (gracias a la publicación de documentosmilitares británicos, antes secretos) que la primera computadora electrónicafue puesta en funcionamiento en 1943 para descifrar códigos militaresalemanes.El primer sistema de cómputo electrónico, el cual usaba tubos al vacío(bulbos), fue inventado por Alan Turing. Turing llamó a su máquinaColossus, probablemente a causa de su tamaño. Un problema de la Colossusconsistía en que, a pesar de que su diseño permitía descifrar códigos militaresalemanes generados por la máquina Enigma, no podía resolver otrosproblemas. Colossus no era programable, sino que era un sistema de cómputocon un programa fijo, lo cual en la actualidad se llama una computadora depropósito específico. La primera computadora electrónica programable de propósito generalfue desarrollada en 1946 en la Universidad de Pennsylvania. Esta primeracomputadora moderna se llamaba ENIAC (Electronics Numerical Integratorand Calculator).La ENIAC era una máquina enorme que contenía más de 17,000 bulbos y másde 800 kilómetros de cables; pesaba más de 30 toneladas y aun así realizabasolamente unas 100,000 operaciones por segundo.De todos modos, la ENIAC lanzó al mundo hacia la era de las computadoraselectrónicas. La ENIAC se programaba recableando sus circuitos; un procesoque tomaba varios días a muchos trabajadores. Los trabajadores cambiabanlas conexiones eléctricas sobre tableros de conexiones semejantes a los de losprimeros teléfonos.Otro problema de la ENIAC era la vida útil de los bulbos, los cuales requeríande mantenimiento constante. 5
  6. 6. 6Los hechos posteriores más relevantes fueron los correspondientes aldesarrollo del transistor en 1948 por los laboratorios Bell, seguido por lainvención del circuito integrado en 1958 por Jack Kilby de Texas Instruments.El circuito integrado condujo al desarrollo de circuitos digitales integradosETL (lógica resistencia-transistor) en los años sesenta y del primermicroprocesador de Intel Corporation en 1971.En aquel entonces, Intel y uno de sus ingenieros, Marcian E. Hoff,desarrollaron el microprocesador 4004, el dispositivo que inició larevolución del microprocesador que continúa hoy en día a un ritmo cada vezmás acelerado.AVANCES EN PROGRAMACIÓNUna vez desarrolladas las máquinas programables, empezaron a aparecer losprogramas y lenguajes de programación. Como ya se mencionó, la primeracomputadora electrónica programable se programaba volviendo a cablear suscircuitos.Puesto que este método resultó ser demasiado fastidioso para aplicacionesprácticas, en el inicio de la evolución de los sistemas de cómputo comenzarona aparecer lenguajes de programación para poder controlarlos.El primero de estos lenguajes, lenguaje de máquina, se formó con ceros yunos utilizando claves binarias almacenadas en la memoria de la computadoracomo grupos de instrucciones llamados programas.Este método resultó ser más eficiente que volver a cablear la máquina, peroaun así era extremadamente tardado desarrollar un programa debido al grannúmero de claves necesarias.La primera persona en desarrollar un sistema que aceptaba instrucciones y lasalmacenaba en memoria, fue el matemático John von Neumann. 6
  7. 7. 7A menudo las computadoras son llamadas máquinas de von Neumann en suhonor (sin embargo, recuerde que Babbage ya había desarrollado el conceptomucho antes).A principios de los años cincuenta, una vez que las computadoras como laUNIVAC estaban disponibles, se utilizó el lenguaje ensamblador parasimplificar la tarea de introducir en la computadora el código binariocorrespondiente a las instrucciones. El ensamblador permitió al programadorel uso de códigos nemónicos (como ADD para la suma) en lugar de númerosbinarios como 01000111.Aunque el lenguaje ensamblador es una ayuda para la programación, no fuesino hasta 1957 (cuando Grace Hopper desarrolló el primer lenguaje deprogramación de alto nivel llamado FLOW-MATIC) que las computadorasfueron más fáciles de programar.En el mismo año, IBM desarrolló el lenguaje FORTRAN (FORmulaTRANslator) para sus sistemas de cómputo. FORTRAN permitió a losprogramadores desarrollar programas que usaban fórmulas para resolverproblemas matemáticos (note que FORTRAN todavía lo utilizan algunoscientíficos para programar computadoras).Otro lenguaje similar presentado aproximadamente un año después que elFORTRAN, fue el ALGOL (ALGOrithmic Language).El primer lenguaje realmente exitoso y distribuido para aplicaciones denegocios fue el COBOL (Computer Business Oriented Language). Aunque eluso de COBOL ha disminuido en los últimos años, todavía es muy utilizadoen muchos sistemas empresariales grandes.Otro lenguaje de negocios muy popular en el pasado es RPG (Report ProgramGenerator), el cual permite programar especificando la forma de entrada,salida y los cálculos.Desde esos primeros días de la programación, han aparecido más lenguajes.Algunos de los más comunes son el BASIC, C/C++, PASCAL y ADA.BASIC y PASCAL fueron diseñados para la enseñanza de programación, pero 7
  8. 8. 8han salido del salón de clases y son utilizados en muchos sistemas decómputo;BASIC es probablemente el más sencillo de aprender. Algunas estimacionesindican que el lenguaje BASIC se utiliza en el 80% de los programas paracomputadora personal escritos por usuarios.Recientemente, una nueva versión de BASIC, VISUAL BASIC, ha hecho másfácil la programación en el ambiente Windows.El lenguaje VISUAL BASIC podría tarde o temprano sustituir a C/C++ y aPASCAL.En la comunidad científica, C/C++ y (en algunas ocasiones) PASCALaparecen como programas de control. Ambos lenguajes, especialmenteC/C++, permiten al programador casi un completo control sobre el ambientede programación y el sistema de cómputo.En muchos casos, C/C++ está reemplazando a algunos de los programasde bajo nivel para control de la máquina, normalmente reservados parael lenguaje ensamblador.Aun así, el lenguaje ensamblador sigue desempeñando un papel importante enla programación. La mayoría de los programas de videojuego escritos paramáquinas personales están escritos casi exclusivamente en lenguajeensamblador. El lenguaje de máquina también es distribuido junto con C/C++y PASCAL para realizar funciones de control de la máquina de maneraeficiente.El lenguaje ADA, muy usado por el Departamento de Defensa de EstadosUnidos, es llamado así en honor de Augusta Ada Byron, Condesa deLovelace.La Condesa trabajó con Charles Babbage al principio del siglo XIX en eldesarrollo de su Máquina analítica. 8
  9. 9. 9LA ERA DEL MICROPROCESADOREl primer microprocesador del mundo, el Intel 4004, era de 4 bits; constaba deun controlador programable dentro de un chip.Direccionaba escasas 4096 localidades de memoria de 4 bits de ancho. (Unalocalidad de memoria de 4 bits de ancho a menudo se llama nibble.)El conjunto de instrucciones del 4004 constaba solamente de 45 instruccionesy fue fabricado con tecnología MOSFET de canal P, que en aquel entoncesrepresentaba la vanguardia tecnológica y permitía la ejecución de solamente50 KIPs (miles de instrucciones por segundo).Esta velocidad era baja comparada con las 100,000 instrucciones por segundoejecutadas por la computadora ENIAC de 30 toneladas, en 1946. Ladiferencia principal era que e1, 4004 pesaba mucho menos de una onza.En un principio abundaron las aplicaciones para este dispositivo. Elmicroprocesador de 4 bits debutó en los primeros sistemas de videojuego,calculadoras y en pequeños sistemas de control basados en elmicroprocesador.Uno de estos primeros videojuegos fue producido por Balley.Los principales problemas de este primer microprocesador fueron suvelocidad, ancho de palabra y tamaño de memoria.EL 4040Posteriormente INTEL liberó el 4040, una versión actualizada del 4004anterior.El 4040 operaba a mayor velocidad, aunque carecía de mejoras en el ancho depalabra y tamaño de memoria.Otras compañías, particularmente Texas Instruments (TMS-1000), tambiénprodujeron microprocesadores de 4 bits.El microprocesador de 4 bits aún sobrevive en aplicaciones poco exigentescomo hornos de microondas y pequeños sistemas de control;La mayoría de las calculadoras todavía están basadas en microprocesadores de4 bits que procesan códigos BCD (decimal codificado en binario) de 4 bits. 9
  10. 10. 10El 8008Al darse cuenta de que el microprocesador era un producto comercialmenteviable, en 1971 INTEL puso a la venta el 8008, una versión extendida de 8bits del 4004.El 8008 direccionaba una memoria mayor (16 KB, 1KB=1024bytes) ycontenía instrucciones adicionales (un total de 48) que ofrecían la oportunidadde aplicarlo en sistemas más avanzados.A medida que los ingenieros desarrollaban aplicaciones más exigentes para elmicroprocesador 8008, descubrieron que la pequeña memoria, baja velocidady conjunto de instrucciones limitaban su utilidad.El 8080Intel reconoció estas limitaciones e introdujo el 8080 en 1973, el primero delos microprocesadores modernos de 8 bits.MC6800Aproximadamente 6 meses después, Motorola Corporation presentó sumicroprocesador MC6800. Esto activó el auge del 8080, y en un menor gradodel MC6800, lo que dio inicio a la era del microprocesador.Muy pronto otras compañías presentaron sus propias versiones delmicroprocesador de 8 bits. La tabla 1-1 lista varios de estos primerosmicroprocesadores y sus fabricantes; de éstos, sólo Intel y Motorola continúancreando con éxito versiones nuevas y mejoradas.Zilog también lo hace, pero hapermanecido en un segundoplano, concentrándose en losmicrocontroladores y loscontroladores incrustados enlugar de los microprocesadoresde propósito general. 10
  11. 11. 11Rockwell prácticamente abandonó el desarrollo de microprocesadores, paradedicarse a los circuitos de módems.La participación de Motorola en el mercado de microprocesadores disminuyóde cerca del 50% a una parte mucho menor.¿QUÉ TENÍA DE ESPECIAL EL 8080?El 8080 no sólo podía direccionar más memoria y ejecutar instruccionesadicionales, sino también las ejecutaba diez veces más rápido que el 8008.Una suma que en el 8008 requería de 20 µseg (50,000 instrucciones porsegundo), necesitaba sólo 2.0 µseg (500,000 instrucciones por segundo) enun sistema basado en el 8080.Además, el 8080 era compatible con la lógica TTL (lógica transistor-transistor), a diferencia del 8008 que no era directamente compatible. Estopermitió el establecimiento de interfaces más sencillas y menos costosas.El 8080 también direccionaba 4 veces más memoria (64 KB) que el 8008 (16KB). Estas mejoras son las responsables de iniciar la era del 8080.A propósito, la primera computadora personal, la MITS Altair 8800, fuelanzada al mercado en 1974. (Observe que el número 8800 fue escogidoprobablemente para evitar violaciones de derecho de autor con Intel.) Elintérprete del lenguaje BASIC escrito para la computadora Altair 8800 fuedesarrollado por Bill Gates, el fundador de la empresa Microsoft Corp.El programa ensamblador para la Altair 8800 fue escrito por la compañíaDigital Research Corporation, la cual produjo el primer sistema operativo(DR-DOS) para la computadora personal. 11
  12. 12. 12EL MICROPROCESADOR 8085.En 1977, Intel Corporation presentó una versión actualizada del 8080: el8085.Éste sería el último de los microprocesadores de propósito general de 8 bitsdesarrollados por Intel. A pesar de ser sólo ligeramente más avanzado que el8080, el 8085 ejecutaba software a una velocidad aun mayor.Una suma que tomaba al 8080 2.0 µseg (500,000 instrucciones por segundo),requería solamente de 1.3 µseg (769,230 instrucciones por segundo) en el8085.Las principales ventajas del 8085 fueron su generador interno de reloj, sucontrolador interno de sistema y una frecuencia de reloj más alta.Este nivel mayor de integración de componentes en el 8085 redujo su costo eincrementó su utilidad. Intel ha vendido más de 100 millones de copias delmicroprocesador 8085, su microprocesador de 8 bits de propósito general demayor éxito.Dado que el 8085 es fabricado también (bajo licencias) por muchas otrascompañías, existen más de 200 millones de estos microprocesadores.Otra compañía que vendió 500 millones de microprocesadores de 8 bits esZilog Corporation, que produjo el microprocesador Z-80. El Z-80 escompatible en lenguaje de máquina con el 8085, lo que significa que ¡existenmás de 700 millones de microprocesadores que ejecutan código 8085/Z-80compatible!EL MICROPROCESADOR MODERNOEn 1978, Intel liberó el microprocesador 8086 y aproximadamente un añodespués, el 8088. Ambos dispositivos son microprocesadores de 16 bits, queejecutaban instrucciones en tan sólo 400 µseg (2.5 MIPs o millones deinstrucciones por segundo). Además, el 8086 y 8088 direccionaban 1 MB de memoria, lo que era 16veces más memoria que el 8085. (1 MB = 1,048,576 bytes.) 12
  13. 13. 13Esta velocidad de ejecución y tamaño de memoria mayores permitieron a los8086 y 8088 reemplazar a las minicomputadoras de rendimiento relativamentebajo en muchas aplicaciones.Otra característica de los 8086 y 8808 fue una pequeña memoria caché (ocola) con instrucciones de 4 o 6 bytes que leía con antelación algunasinstrucciones antes de que fueran ejecutadas. Esta cola de instruccionesaceleró la operación de muchas secuencias de instrucciones y probó ser labase para las cachés con instrucciones mucho mayores encontradas en losmicroprocesadores modernos.El tamaño incrementado de memoria y las instrucciones adicionales en el8086 y 8088 dieron origen a muchas aplicaciones sofisticadas paramicroprocesadores. Las mejoras al conjunto de instrucciones incluían a lamultiplicación y la división, de las que carecían los microprocesadoresanteriores.Además, el número de instrucciones se incrementó de 45 en el 4004, a 246 enel 8085 y a más de 2,000 variantes en los microprocesadores 8086 y 8088.Observe que estos microprocesadores se llamaban CISC (computadoras deconjunto complejo de instrucciones) por la cantidad y la complejidad de lasinstrucciones.Las instrucciones adicionales facilitaron el desarrollo de aplicacioneseficientes y sofisticadas, aunque al principio el gran número de instruccionesera abrumador y su aprendizaje requería mucho tiempo.Los microprocesadores de 16 bits también ofrecían mayor capacidad dealmacenamiento en registros que los de 8 bits. Los registros adicionalespermitían la escritura de software más eficiente.Los microprocesadores de 16 bits evolucionaron principalmente debido a lanecesidad de sistemas de mayor memoria.La popularidad de la familia Intel se consolidó en 1981, cuando IBM decidióusar el microprocesador 8088 en su computadora personal. Aplicacionescomo hojas de cálculo electrónicas, procesadores de texto, correctores deortografía y diccionarios basados en la computadora hacen uso intensivo de la 13
  14. 14. 14memoria y por lo tanto requieren más de los 64 KB proporcionados por losmicroprocesadores de 8 bits para lograr una ejecución más eficiente. Losmicroprocesadores 8086 y 8088 de 16 bits ofrecían 1 MB de memoria paradichas aplicaciones.Muy pronto, el sistema de memoria de 1 MB fue insuficiente para bases dedatos grandes y otras aplicaciones. Esto llevó a Intel a presentar en 1983 almicroprocesador 80286, una versión actualizada del 8086.EL MICROPROCESADOR 80286.El microprocesador 80286 (también, con arquitectura de 16 bits) eraprácticamente idéntico a los 8086 y 8088, excepto porque direccionaba unsistema de memoria de 16 MB, en vez de uno de 1 MB.El conjunto de instrucciones del 80286 también era prácticamente idéntico alde los microprocesadores 8086 y 8088, excepto por algunas instruccionesadicionales que administraban los 15 MB adicionales de memoria.La velocidad de reloj del 80286 era mayor, por lo que la versión original de8.0 MHz ejecutaba algunas instrucciones en tan sólo 250 µseg (4.0 MIPs).También se hicieron algunos cambios en la ejecución interna de lasinstrucciones, lo que condujo a un incremento en la velocidad (por un factorde 8) para muchas instrucciones, en comparación con el 8086 y 8088.EL MICROPROCESADOR DE 32 BITS.Las aplicaciones comenzaron a requerir mayores velocidades delmicroprocesador, más memoria y rutas de datos más anchas. Esto condujo aIntel Corporation a crear el 80386 en 1986.Este microprocesador representó una revisión mayor de la arquitectura de 16bits de los procesadores 8086 al 80286. 14
  15. 15. 15El 80386 fue el primer microprocesador práctico de 32 bits de Intel, e incluíaun bus de datos y direccionamiento de memoria de 32 bits (Intel produjo conanterioridad un microprocesador de 32 bits, llamado iapx-432, el cual no tuvoéxito). Por medio de esos buses de 32 bits, el 80386 direccionaba hasta 4 GBde memoria (1 GB de memoria contiene 1024 MB o 1,073,741,824localidades).Una memoria de 4 GB puede almacenar la asombrosa cantidad de un millónde páginas de información de texto ASCII escrito a máquina a doble espacio.El 80386 estuvo disponible en algunas versiones modificadas: como el80386SX, que direccionaba 16 MB de memoria a través de un bus de datos de16 bits y direccionamiento de 24 bits; el 80386SU80386SLC, quedireccionaba 32 MB de memoria a través de un bus de datos de 16 bits ydireccionamiento de 25 bits. Una versión del 80386SLC contenía unamemoria caché interna que le permitía procesar información a velocidadesaún mayores.En 1995 Intel liberó el microprocesador 80386EX, al cual se le conoce comoPC incrustada porque contiene todos los componentes de una computadorapersonal AT en un solo circuito integrado.El 80386EX también contiene 24 líneas para entrada y salida de información,un bus de direccionamiento de 26 bits, un bus de datos de 16 bits, uncontrolador de refresco para DRAM (memoria dinámica) y una lógicaprogramable de selección de dispositivo.APLICACIONES Entre las aplicaciones que necesitan velocidades mayores delmicroprocesador y sistemas de memoria más grandes, se incluyen los sistemasde software que utilizan una GUI (Interfaz Gráfica de Usuario).Las pantallas modernas a menudo contienen 256,000 o más píxeles(elementos de imagen). La menos sofisticada es la de tipo VGA (Matriz deGráficos de Vídeo) y tiene una resolución de 640 píxeles por cada una de las480 líneas de barrido. 15
  16. 16. 16Para presentar una pantalla de información, es necesario cambiar cadaelemento gráfico, lo que requiere un microprocesador de alta velocidad.Muchos paquetes de software nuevos utilizan este tipo de interfaz de vídeo.Los paquetes basados en la GUI requieren altas velocidades demicroprocesador y adaptadores de vídeo acelerados para una manipulaciónrápida y eficiente de la información de texto y gráficos. El sistema más notorio que requiere una alta velocidad de cálculo parasu interfaz gráfica de despliegue, es el Windows de Microsoft Corporation.La interfaz gráfica de usuario tiene un tipo de despliegue conocido comoWYSIWYG (Lo Que Ve Es Lo Que Obtiene).El microprocesador de 32 bits es necesario por el ancho de su bus de datos,que transfiere números reales (punto flotante de precisión sencilla) querequieren una memoria de 32 bits de ancho.Para procesar eficientemente los números reales de 32 bits, elmicroprocesador debe transferirlos eficientemente entre sí mismo y lamemoria. Si los números pasaran a través de un bus de datos de 8 bits, letomaría cuatro ciclos de lectura o escritura; sin embargo, cuando pasan através de un bus de datos de 32 bits, sólo requiere de un ciclo de lectura oescritura.Esto acelera significativamente cualquier programa que trabaje con númerosreales. La mayoría de los lenguajes de alto nivel, hojas de cálculo electrónicasy sistemas de administración de bases de datos, utilizan números reales paraalmacenar la información.Los números reales también son usados en paquetes de diseño gráfico queutilizan vectores para trazar imágenes en la pantalla.Éstos incluyen los sistemas CAD (dibujo asistido por computadora), como elAutoCAD, ORCAD y otros.Además de ofrecer velocidades de reloj mayores, el 80386 incluyó una unidadde manejo de memoria que permitía al sistema operativo asignar y administrarlos recursos de memoria. 16
  17. 17. 17Los microprocesadores anteriores dejaron la administración de memoriacompletamente a cargo del software.El 80386 incluyó circuitería especializada para la administración y asignaciónde memoria, lo que mejoró su eficiencia y redujo la carga adicional delsoftware.El conjunto de instrucciones del microprocesador 80386 seguía siendocompatible con los anteriores 8086, 8088 y 80286.Algunas instrucciones adicionales usaban los registros de 32 bits yadministraban el sistema de memoria.Observe que las instrucciones y técnicas de administración de memoriautilizadas por el 80286 también eran compatibles con el microprocesador80386.Estas características permitían al software anterior de 16 bits operar con elmicroprocesador 80386.EL MICROPROCESADOR 80486.En 1989 Intel liberó el microprocesador 80486, el cual incluía unmicroprocesador parecido al 80386, un coprocesador numérico parecido al del80387 y un sistema de memoria caché de 8 KB en un solo empaque integrado.La estructura interna del 80486 fue modificada respecto a la del 80386 demanera tal que aproximadamente la mitad de las instrucciones eran ejecutadasen un ciclo de reloj, en lugar de dos.En virtud de que el 80486 estaba disponible en una versión de 50 MHz,aproximadamente la mitad de las instrucciones eran ejecutadas en 25µseg (50MIPs). El incremento promedio de velocidad para una mezcla típica deinstrucciones fue de aproximadamente el 50% en comparación con el 80386operando a la misma frecuencia de reloj.Versiones posteriores al 80486 ejecutaban instrucciones a velocidades aúnmayores, con una versión a 66 MHz de doble reloj (80486DX2). Esta versiónejecutaba instrucciones 17
  18. 18. 18a la velocidad de 66 MHz, con transferencias de memoria que eran ejecutadasa 33 MHz (es por ello que este microprocesador fue llamado de doble reloj).Una versión de triple reloj de Intel, el 80486DX4, incrementó la velocidad deejecución interna a 100 MHz, con transferencias a memoria de 33 MHz.Note que el microprocesador 80486DX4 ejecutaba instruccionesaproximadamente a la misma velocidad que el Pentium de 60 MHz. Tambiéncontenía una memoria caché expandida a 16 KB en vez de la caché estándarde 8KB de los microprocesadores 80486 anteriores.La compañía Advanced Micro Devices (AMD) produjo una versión de triplereloj que operaba con una velocidad de bus de 40 MHz y una velocidad dereloj de 120 MHz.El futuro promete microprocesadores que ejecuten instrucciones internas avelocidadesde hasta 1 GHz o más.Otras versiones del 80486 fueron llamadas procesadores "Overdrive"a. Elprocesador Overdrive en realidad fue una versión de doble reloj del 80486DXque sustituyó a un 80486SX o a un 80486DX de menor velocidad.Cuando el procesador Overdrive se introducía en su base, deshabilitaba osustituía al 80486SX o al 80486DX y operaba como una versión de doblereloj del microprocesador.Por ejemplo, si un 80486SX a 25 MHz era sustituido con un microprocesadorOverdrive, éste operaba como un microprocesador 80486DX2 a 50 MHz conuna velocidad de transferencia a memoria de 25 MHz.La tabla 1-2 muestra muchos de los microprocesadores producidos por Intel yMotorola con la información sobre su tamaño de palabras y de memoria.Hay otras compañías que producen microprocesadores, pero ninguna haalcanzado el éxito de Intel y, en menor medida, de Motorola. 18
  19. 19. 19EL MICROPROCESADOR PENTIUM.El Pentium, fabricado en 1993, era similar a los microprocesadores 80386 y80486.Este microprocesador fue etiquetado originalmente como P5 µ 80586, peroIntel decidió no usar un número ya que parecía imposible registrarlo como tal.Las dos versiones iniciales del Pentium operaban con una velocidad de relojde 60 y 66 MHz, y tenían la capacidad de procesar 110 MIPs; contabanademás con una versión de 100 MHz y 1.5 veces la velocidad de reloj, queoperaba a 150 MIPs.El Pentium de doble reloj que operaba a 120 y 133 y 233 MHzEl tamaño de la memoria caché se incrementó a 16 KB, a diferencia de la de 8KB encontrada en la versión básica del 80486.El Pentium contenía una memoria caché de 8 KB para instrucciones y una de8 KB para datos(para programas que manejan una gran cantidad deinformación de memoria)El sistema de memoria contenía hasta 4 GB, con un ancho de bus de datosincrementado de los 32 bits encontrados en el 80386 y 80486, a 64 bits.La velocidad de transferencia del bus de datos era ya sea de 60 o 66 MHz,dependiendo de la versión del Pentium. (Recuerde que la velocidad de bus del80486 era de 33 MHz.)Este bus de datos más ancho permitió el uso de números de punto flotante dedoble precisión, utilizados para el moderno despliegue gráfico de altavelocidad generado por vectores. Estas velocidades de bus mayorespermitirían que el software de realidad virtual operara en forma más realistaen las plataformas actuales y futuras basadas en el Pentium. 19
  20. 20. 20 20
  21. 21. 21El ancho ampliado del bus de datos y la velocidad de ejecución mayor delPentium, permiten que los despliegues de vídeo a pantalla completa operen avelocidades de barrido de 30 Hz o más; lo cual es comparable con latelevisión comercial.Versiones más recientes del Pentium también incluían instruccionesadicionales llamadas extensiones multimedia o instrucciones MMX. AunqueIntel esperaba que las instrucciones MMX fueran ampliamente usadas, pareceque pocas compañías de software las han utilizado.Posteriormente Intel liberó el esperado Pentium Overdrive (P24T) parasistemas anteriores basados en el 80486 que operan a velocidades de reloj de63 o de 83 MHz.La versión de 63 MHz actualiza los anteriores sistemas 80486DX2 a 50 MHz;la versión de 83 MHz actualiza los sistemas 80486DX2 a 66MHz.El sistema actualizado a 83 MHz opera a una velocidad que oscila entre la delPentium a 66 MHz y la del Pentium a 75 MHz.Si las tarjetas de vídeo basadas en el bus local VESA y los controladores dedisco con memoria caché parecen ser demasiado caros para desecharlos, elPentium Overdrive representa una ruta de actualización ideal del 80486 alPentium.Probablemente la característica más ingeniosa del Pentium la constituyen susdos procesadores independientes para enteros, gracias a los cuales puedeejecutar simultáneamente dos instrucciones independientes entre sí, lo que seconoce como tecnología superescalar. Esto permite al Pentium ejecutarfrecuentemente dos instrucciones por cada ciclo de reloj.Otra característica que incrementa el rendimiento es una tecnología depredicción de saltos que acelera la ejecución de programas que incluyenciclos.Al igual que el 80486, el Pentium también utiliza un coprocesador interno depunto flotante para manipular información de este tipo, aunque con unamejoría en velocidad de hasta cinco veces. 21
  22. 22. 22Estas características aseguran un éxito continuo para la familia demicroprocesadores Intel. También permitirían que el Pentium sustituyera aalgunas de las máquinas RISC (computadoras con conjunto reducido deinstrucciones) que actualmente ejecutan una instrucción por ciclo de reloj.Algunos procesadores RISC recientes ejecutan más de una instrucción porciclo de reloj, por medio de la tecnología superescalar.Recientemente, Motorola, Apple e IBM produjeron el PowerPC, unmicroprocesador RISC que tiene dos unidades de ejecución de enteros y unaunidad de punto flotante.El PowerPC en verdad incrementa el rendimiento de la Apple Macintosh,pero en la actualidad sigue siendo lento para emular a la familia demicroprocesadores Intel. Las pruebas realizadas indican que el software deemulación actual ejecuta las aplicaciones de DOS y Windows a una velocidadmenor que un microprocesador 80486SX a 25 MHz.Actualmente existen seis millones de computadoras Apple Macintosh y másde 260 millones de computadoras personales basadas en microprocesadoresIntel. Según reportes de 1998, el 96% de todas las PCs corrían el sistemaoperativo Windows.Con la finalidad de comparar la velocidad de varios microprocesadores, Inteldesarrolló el índice iCOMP. Éste es una mezcla de los índices SPEC92, ZDBench y Power Meter. El iCOMP1 e utilizó para medir la velocidad de losmicroprocesadores Intel hasta el Pentium. La figura 1-1 muestra las velocidades relativas de la versión 80386DX a 25 MHz básica hasta la versión delPentium a 233 MHz en la parte superior del espectro. 22
  23. 23. 23Desde la liberación del Pentium Pro y el Pentium II, Intel ha cambiado al usodel índice iCOMP2, que está escalado por un factor de 10 en comparacióncon el índice iCOMP1 (un microprocesador con un índice de 1000 usando eliCOMPI se tabula como uno de 100 en el iCOMP2). Otra diferencia son losmarcadores utilizados para la puntuación.La figura 1-2 muestra el índice iCOMP2 que incluye al Pentium 11 a unavelocidad de hasta 400 MHz. 23
  24. 24. 24PROCESADOR PENTIUM PRO.Anteriormente tenía el nombre de microprocesador P6. El Pentium Procontiene 21 millones de transistores, tres unidades para enteros, así como unaunidad de punto flotante para mejorar el rendimiento de la mayoría delsoftware. Las velocidades básicas de reloj eran de 150 y 166 MHz en laemisión inicial, que estaba disponible desde fines de 1995.Además de la memoria caché interna de primer nivel (L1) de 16 KB (8 KBpara datos y 8 KB para instrucciones), el procesador Pentium Pro tambiéncontiene una memoria caché de segundo nivel (L2) de 256 KB.Otro cambio importante es que utiliza 3 máquinas de ejecución, de modo quepuede ejecutar tres instrucciones a la vez. Esto representa un cambio respectodel Pentium, el cual ejecuta dos instrucciones simultáneamente;El microprocesador Pentium Pro ha sido optimizado para ejecutar código de32 bits de manera eficiente; por esta razón es usado con frecuencia conWindows NT en lugar de versiones normales de Windows 95. Intel lanzó elprocesador Pentium Pro pensando en el mercado de servidores.Un cambio adicional más es que el Pentium Pro puede direccionar tanto unsistema de memoria de 4 GB, como uno de 64 GB. El Pentium Pro tiene un 24
  25. 25. 25bus de dirección de 36 bits cuando está configurado para un sistema dememoria de 64 GB.MICROPROCESADORES PENTIUM 11.Liberado en 1997, En lugar de ser un circuito integrado como las versionesanteriores del microprocesador, Intel ha colocado al Pentium II en unapequeña tarjeta de circuito impreso. La razón principal para este cambio esque la memoria caché L2 que se encontraba en la tarjeta principal del Pentiumno era suficientemente rápida como para justificar un nuevo microprocesador.En el sistema Pentium, la memoria caché L2 trabaja a la velocidad del bus delsistema, a 60 o 66 MHz. La memoria caché L2 y el microprocesador seencuentran en una tarjeta de circuito impreso, llamada módulo Pentium II.Esta memoria caché L2 montada en la misma tarjeta que el procesador,trabaja a una velocidad de 133 MHz y almacena 512 KB de información.El microprocesador del módulo Pentium II es en realidad un Pentium Pro conextensiones MMX, el cual no tiene memoria caché L2 interna.En 1998, Intel cambió la velocidad del bus del Pentium II. Debido a que losmicroprocesadores Pentium II de 266 a 333 MHz usaban una velocidadexterna de bus de 66 MHz, se creaba un cuello de botella, por lo que losmicroprocesadores Pentium II más recientes usan ahora una velocidad de busde 100 MHz.Los microprocesadores Pentium II de 350, 400 y 450 MHz usan todos estavelocidad mayor de bus de memoria de 100 MHz.Este bus de memoria más rápido requiere el uso de una SDRAM (RAMdinámica sincrónica) de 8 nseg, en lugar de la SDRAM de 10 nseg que se usaen el bus de 66 MHz.A mediados de 1998, Intel anunció una nueva versión del Pentium II llamadaXeon, que fue específicamente diseñado para aplicaciones en estaciones detrabajo y servidores de alto rendimiento. 25
  26. 26. 26La diferencia principal entre el Pentium II y el Pentium II Xeon radica en queel Xeon está disponible con una memoria caché L1 de 32 KB y una caché L2ya sea de 512 K, 1 o 2 MB.El Xeon opera con el conjunto de chips 440GX y está diseñado para trabajarcon cuatro procesadores Xeon en el mismo sistema; característica que essimilar al Pentium Pro.Este producto más reciente representa un cambio en la estrategia de Intel:Intel ahora produce una versión profesional y una versión para casa u oficinadel microprocesador Pentium 11.EL FUTURO DE LOS MICROPROCESADORES.Se espera que el éxito de la familia Intel deberá continuar por bastantes años.Lo que puede ocurrir es una migración a la tecnología RISC, pero es másprobable un cambio a una nueva tecnología, desarrollada conjuntamente porIntel y Hewlett-Packard.Esta nueva tecnología seguirá incorporando el conjunto de instrucciones CISCde la familia de microprocesadores 80X86, de tal forma que el softwareexistente para el sistema sobrevivirá.La premisa básica detrás de esta tecnología es que muchos microprocesadorespodrán comunicarse entre sí en forma directa, permitiendo el procesamientoparalelo sin ningún cambio al conjunto de instrucciones o al programa.Actualmente, la tecnología superescalar utiliza muchos microprocesadores,pero todos ellos comparten el mismo conjunto de registros. Esta nuevatecnología, contendrá muchos microprocesadores, cada uno con su propioconjunto de registros que está articulado con los registros de los demásmicroprocesadores.Esta tecnología debería ofrecer verdadero procesamiento paralelo sin lanecesidad de escribir un programa especial. 26
  27. 27. 27Intel planea presentar una nueva arquitectura de microprocesadores con 64bits de ancho y un bus de datos de 128 bits. Esta nueva arquitectura, cuyonombre clave es Merced, es una iniciativa conjunta de Intel y Hewlett-Packard, llamada EPIC (Instrucciones explícitas de procesamiento paralelo).La arquitectura Merced permite un mayor paralelismo que las arquitecturastradicionales, como las del Pentium Pro o Pentium II.Estos cambios incluyen 128 registros para enteros de propósito general, 128registros de punto flotante, 64 registros de predicados y muchas unidades deejecución que garanticen recursos suficientes para el software.La figura 1-3 muestra la estructura interna de los microprocesadores 80486,Pentium, Pentium Pro y Pentium 11. Cada vista de estos microprocesadores:la CPU (Unidad Central de Procesamiento), el coprocesador y la memoriacaché. La ilustración muestra la complejidad y nivel de integración en cadaversión del microprocesador.TAREA INVESTIGAR:Tabla comparativa PI, PII, PIII, PIV …Reseña evolución de la Mac … Power PC.Pelicula : Los piratas del Valle del silicio comentarios 1 Hoja. 27
  28. 28. 281.2 EL SISTEMA PERSONAL DE CÓMPUTO BASADO ENMICROPROCESADORESLos costosos sistemas de cómputo tipo mainframe desarrollados a principiode los ochentas, no son tan poderosos como las computadoras actualesbasadas en los microprocesadores 80486, Pentium, Pentium Pro o Pentium 11.De hecho, muchas compañías pequeñas están sustituyendo sus computadorasmainframe por sistemas basados en microprocesadores.Compañías tales como DEC (Digital Equipment Corporation) han dejado deproducir mainframes para concentrar sus recursos en sistemas basados enmicroprocesadores.La figura 1-4 muestra el diagrama de bloques de una computadora personal.Este diagrama también es aplicable a cualquier sistema de cómputo, desde lasprimeras computadoras mainframe hasta los sistemas más recientes basadosen microprocesadores.Tarea: Super computadora, minicomputadora, computadora,microcomputadora. 28
  29. 29. 29LA MEMORIA Y EL SISTEMA DE ENTRADA /SALIDA (E/S)La estructura de memoria de todos los sistemas Intel, desde el 80X86 alPentium II, es similar. Desde las primeras computadoras personales basadasen el 8088, presentadas en 1981 por IBM, como a las versiones más poderosasy de alta velocidad basadas en el Pentium 11.La figura 1-5 muestra el mapa de memoria de un sistema personal decómputo. Este mapa se aplica a cualquier computadora IBM o a cualquiera delos muchos clones compatibles con IBM que existen.El sistema de memoria está dividido en tres partes principales: El TPA (Áreade Programas Temporales), el área de sistema y el XMS (Sistema de MemoriaExtendida).El tipo de microprocesador en sucomputadora determina si existeun sistema de memoriaextendida. Si la computadora sebasa en los antiguos 8086 u 8088(PC o XT ), tanto el TPA comoel área de sistema existen, perono hay un área de memoriaextendida.Las PC y XT contienen: 640 KB de TPAy 384 KB de memoria de sistemapara un total de 1 MB dememoria.El primer megabyte de memoria se conoce frecuentemente como sistema dememoria real o convencional, debido a que cada microprocesador Intel estádiseñado para operar en esta área utilizando el modo de operación real. 29
  30. 30. 30Los sistemas de cómputo basados en el 80286 y hasta el Pentium II, no sólocontienen el TPA (640 KB) y un área de sistema (384 KB), sino que tambiéncontienen una memoria extendida. Estas máquinas a menudo son llamadas declase AT.Las computadoras PS/1 y PS/2 producidas por IBM, son otras versiones delmismo diseño básico de memoria. La PS/2 se conoce como sistema dearquitectura de microcanal.BUSESSe tiene el bus PCI (Interconexión de Componentes Periféricos) en casi todoslos sistemas del Pentium al Pentium 11: La memoria extendida contiene hasta15 MB en la computadora basada en el 80286 y 80386SX, y hasta 4095 MBen los microprocesadores 803861)X, 80486 y Pentium, además del primermegabyte de memoria real o convencional.Observe que cada uno de estos buses es compatible con las versionesanteriores. Es decir, las tarjetas de interfaz de 8 bits funcionan con el bus ISAde 8 bits, ISA de 16 bits o EISA de 32 bits.De la misma forma, una tarjeta de interfaz de 16 bits funciona en el sistemaISA de 16 bits o EISA de 32 bits.Otra clase de bus encontrado en muchas computadoras basadas en el 80486 esel bus local VESA, bus VL. El bus local establece la interfaz del disco y elvídeo con el microprocesador al nivel del bus local, lo que permite que lasinterfaces de 32 bits operen a la misma velocidad de reloj que elmicroprocesador.Los estándares de bus ISA y EISA funcionan a sólo 8 MHz, lo que reduce elrendimiento de las interfaces de vídeo y de disco que usan dichos estándares.El bus PCI es ya sea un bus de 32 bits o de 64 que está específicamentediseñado para operar con los microprocesadores Pentium hasta Pentium 11 auna velocidad de bus de 33 MHz.En los sistemas más recientes, han aparecido dos buses nuevos. 30
  31. 31. 31 • El primero en aparecer fue el USB (Bus Serial Universal). Este bus tiene por objeto conectar dispositivos periféricos como teclados, ratones, módems y tarjetas de sonido al microprocesador por medio de un enlace de datos serial y un par de cables trenzados. La idea principal es reducir el costo del sistema reduciendo del número de cables. Otra ventaja es que el sistema de sonido puede tener una fuente de alimentación independiente de la PC, lo que significa mucho menos ruido. Las velocidades de transferencia de datos a través del USB son de 10 Mbps (USB1) a 300 Mbps (USB2) • Un segundo bus es el AGP (Puerto Acelerado de Gráficos) para tarjetas de vídeo. El puerto acelerado de gráficos transfiere información entre la tarjeta de vídeo y el microprocesador a velocidades mayores (66 MHz con una trayectoria de datos de 64 bits, o 533 MB por segundo) Este cambio en el subsistema de vídeo permitió trabajar con los nuevos reproductores de DVD para PC.El TPA.El área de programas temporales almacena al sistema operativo DOS y otrosprogramas que controlan al sistema de cómputo.El DOS (Sistema operativo de disco) controla la manera en que esorganizada y controlada la memoria de disco, así como las funciones y elcontrol de algunos dispositivos de E/S conectados al sistema.Windows también realiza estas funciones para aplicaciones basadas enWindows.La figura 1-6 muestra la organización del TPA en un sistema de cómputo.El BIOS (Sistema Básico de Entrada/Salida) BIOS del sistema es unconjunto de programas almacenados ya sea en una memoria de lectura (ROM)o en una memoria flash que controla muchos de los dispositivos de E/Sconectados a su computadora. 31
  32. 32. 32Observe que la memoria flash es una EEPROM (Memoria de sólo lecturaborrable eléctricamente) que el sistema borra por medio de impulsoseléctricos, mientras que una ROM es un dispositivo que debe ser programadoen una máquina especial que se llama programador de EPROM (Memoriaprogramable/borrable de sólo lectura) o en la fábrica al momento de elaborarla ROM.Las áreas de comunicaciones del BIOS y DOS contienen informacióntemporal que los programas utilizan para acceder a los dispositivos de E/S y alas características internas de la computadora. 32
  33. 33. 33Note que el TPA contiene memoria de lectura/escritura (llamada RAM omemoria de acceso aleatorio), la cual puede cambiar durante la ejecución deun programa. El programa IO.SYS se carga en el TPA desde un disco cada vez queel sistema MSDOS o PCDOS inicia. El IO.SYS contiene programas quepermiten al DOS utilizar el teclado, el despliegue de vídeo, la impresora yotros dispositivos de E/S que a menudo se encuentran en un sistema decómputo.El programa IO.SYS enlaza el DOS con los programas almacenados en lamemoria ROM del BIOS del sistema. Los controladores de dispositivos son programas que controlandispositivos de E/S como el ratón, la memoria caché de disco, el escáner demano, la memoria CD-ROM (Memoria de Sólo Lectura en Disco Compacto),el DVD (Disco Digital Versátil) o los dispositivos instalables, así como losprogramas.El tamaño del área de controladores y el número de éstos varían de unacomputadora a otra.Los controladores instalables son programas que controlan o manejan losdispositivos o programas que son agregados a la computadora. Se tratanormalmente de archivos que poseen la extensión SYS (como MOUSE.SYS);en las versiones 3.2 y posteriores del DOS, los archivos tienen la extensiónEXE (como EMM386.EXE).Windows utiliza un archivo llamado SYSTEM.INI para cargar suscontroladores. Y contienen un registro que guarda la información del sistemay sus controladores. Usted puede examinar el registro por medio del programaREGEDIT.El programa COMMAND.COM (procesador de comandos) controla elfuncionamiento de la computadora desde el teclado cuando ésta opera enmodo DOS. El programa COMMAND.COM procesa los comandos del DOSconforme van siendo escritos desde el teclado. 33
  34. 34. 34El área libre del TPA almacena los programas de aplicación del DOSmientras son ejecutados. Estos programas de aplicación incluyen procesadoresde texto, hojas electrónicas de cálculo, programas de diseño asistido porcomputadora y otros.El TPA también almacena los programas del tipo TSR (residente enmemoria), los cuales permanecen en memoria en estado inactivo hasta queson llamados por una tecla de método abreviado u otro evento como unainterrupción.EL ÁREA DEL SISTEMA.El área del sistema, aunque más pequeñaque el TPA, es igual de importante. Elárea de sistema contiene programas yasea en ROM o en memoria flash, asícomo áreas de RAM de lectura/escriturapara almacenamiento de datos. La figura1-7 muestra el área de sistema de unacomputadora típica.Manejo del VídeoLa primer área del espacio del sistemacontiene memoria RAM para desplieguede vídeo, así como programas de controlde vídeo en ROM o memoria flash. Estaárea empieza en la localidad A0000H y seextiende hasta C7FFFH.Algunas tarjetas de vídeo más recientesreubican la memoria en áreas más altasdel sistema de memoria, para su uso conel sistema operativo Windows. Las tarjetas de vídeo en algunas computadorasutilizan las localidades de memoria E180000OH y E2FFFFFFH conWindows para extender su memoria de vídeo. 34
  35. 35. 35El BIOS de vídeo, ubicado en una memoria ROM o flash, se encuentra en laslocalidades desde COOOOH hasta C7FFFH y contiene programas quecontrolan el despliegue de vídeo en el sistema operativo DOS.ROM para disco duroSi la computadora tiene conectado un disco duro, la tarjeta de interfaz podríacontener una ROM y un BIOS de disco. Esta ROM, que frecuentemente seencuentra en los discos duros antiguos tipo MFM o RLL, contiene software debajo nivel para establecer el formato del disco en la localidad C8005H.Área libreEl área comprendida entre la localidad C8000H y la DFFFFH a menudo estálibre. Ésta se utiliza para los sistemas de memoria expandida (EMS) en unsistema PC o XT, o para el sistema de memoria alta en un sistema AT.ROM del BASICLas localidades de memoria de la EOOOOH a la EFFFFH contienen ellenguaje BASIC en ROM encontrado en los primeros sistemas personales decómputo de IBM.En las computadoras más recientes esta área a menudo se encuentra abierta olibre.ROM del BIOSFinalmente, la ROM del BIOS del sistema se localiza en los últimos 64 KBdel área de sistema (FOOOOH a FFFFFH). Esta ROM controla la operaciónde los dispositivos básicos de E/S conectados a la computadora; no controla laoperación del sistema de vídeo, el cual tiene su propia ROM de BIOS en lalocalidad COOOOH.La primera parte del BIOS del sistema (F0000H a F7FFFH) a menudocontiene los programas que configuran la computadora; la segunda partecontiene los procedimientos que controlan al sistema básico de E/S. 35
  36. 36. 36Espacio de E/S.El espacio de E/S (entrada/salida) del sistema de cómputo se extiende desde elpuerto de E/S OOOOH hasta el puerto FFFFH (una dirección de puerto deE/S es similar a una dirección de memoria, salvo que en vez de direccionarmemoria, direcciona un dispositivo de E/S).Los dispositivos de E/S permiten al microprocesador comunicarse con elmundo exterior. El espacio de E/S permite a la computadora acceder a hasta64 KB con dispositivos diferentes de 8 bits.En la mayoría de las computadoras más recientes hay un gran número de estaslocalidades disponibles para expansión.La figura 1-9 muestra el mapa de E/S que se encuentra en muchos sistemaspersonales de cómputo.El área de E/S contiene dos secciones principales: • El área por debajo de la localidad de E/S 0400H se considera reservada para los dispositivos del sistema • El área restante es espacio de E/S disponible para expansión de los sistemas más recientes y se extiende desde el puerto de E/S 0400H hasta el FFFFH.Algunas de las tarjetas madres de lascomputadoras más recientes tambiénpueden utilizar direcciones arriba de la0400H.Comúnmente, las direcciones de E/Sentre la 0000H y la OOFFH direccionancomponentes de la tarjeta madre de lacomputadora, mientras que lasdirecciones entre la 0100H y la 03FFHdireccionan dispositivos ubicados en lastarjetas de expansión. 36
  37. 37. 37Hay varios dispositivos de E/S con control sobre el funcionamiento delsistema que no son diseccionados en forma automática. En su lugar, la ROMdel BIOS del sistema direcciona a estos dispositivos básicos, cuya ubicación yfunción puede variar ligeramente de una computadora a otra.El acceso a la mayoría de los dispositivos de E/S deberá realizarse siempre através de llamadas a funciones del DOS o del BIOS para mantener lacompatibilidad de un sistema de cómputo con otro. El mapa de la figura 1-9sirve de guía para ilustrar el espacio de E/S en el sistema.EL SISTEMA OPERATIVO DOSEl sistema operativo es el programa que controla a la computadora.El sistema operativo Windows, que contiene al DOS, se encuentra instaladoen la gran mayoría de las computadoras personales.El sistema operativo es almacenado en: un disco flexible, un disco duro, enun volumen de una LAN (red de área local), en una ROMAlgunos sistemas que utilizan Windows CE como sistema operativo tambiénlo almacenan en una ROM.Un ejemplo es la computadora personal de Tandy Corporation. Cada vez quela computadora se enciende o es inicializada, el sistema operativo es leídodesde el disco o la LAN. Llamamos a esta operación inicialización delsistema.Una vez que el DOS ha sido leído e instalado en memoria, éste controla laoperación de: • Sistema de cómputo, • De sus dispositivos de E/S y • De los programas de aplicación.La primera tarea del DOS después de ser cargado en memoria es usar elarchivo CONFIG.SYS . Este archivo especifica varios controladores queson cargados en memoria, configurando la máquina para su operación bajocontrol del DOS. 37
  38. 38. 38Observe que este archivo no define la operación de Windows, la cual estádefinida en su propio archivo de registros.AUTOEXEC.BAT . Una vez que el sistema operativo concluye suconfiguración, de acuerdo con lo indicado por el archivo CONFIG.SYS, lacomputadora ejecuta el archivo AUTOEXEC.BAT (lote de ejecuciónautomática).Si este archivo no existe, la computadora solicita la hora y fecha. El ejemplo1-2 muestra un ejemplo de un archivo típico.El archivo AUTOEXEC.BAT contiene los comandos que se ejecutan almomento de encender la computadora; y son los mismos que se especificandesde el teclado, pero el archivo AUTOEXEC.BAT nos ahorra este trabajocada vez que la computadora se enciende.Aun los sistemas que operan con Windows contienen a menudo un archivoAUTOEXEC.BAT para establecer diversas etiquetas y trayectorias paraaplicaciones del DOS que a menudo siguen existiendo.EL MICROPROCESADORAlgunas veces llamado CPU (unidad central de procesamiento), elmicroprocesador es el elemento de control del sistema de cómputo. Elmicroprocesador controla la memoria y la E/S a través de una serie deconexiones llamadas buses. 38
  39. 39. 39Los buses • Seleccionan un dispositivo de E/S o de memoria, • Transfieren información entre estos dispositivos y el microprocesador, • y controlan los sistemas de E/S y memoria.El microprocesador realiza tres tareas principales para el sistema de cómputo: 1) Transferencia de datos entre él mismo y la memoria o sistema de E/S; 2) Operaciones lógicas y aritméticas simples, y 3) Control de flujo del programa por medio de decisiones simples.El poder del microprocesador radica en su capacidad para ejecutar miles demillones de instrucciones por segundo provenientes de un programa osoftware (grupo de instrucciones) almacenado en el sistema de memoria.Este concepto de programa almacenado convirtió a las computadoras y a losmicroprocesa dores en dispositivos muy poderosos (recuerde que Babbagetambién quería utilizar el concepto de programa almacenado en su Máquinaanalítica).La tabla 1-3 muestra las operacioneslógicas y aritméticas ejecutadas por lafamilia de microprocesadores de Intel.Estas operaciones son básicas, pero através de ellas es posible resolverproblemas muy complejos.Los datos son procesados desde elsistema de memoria o los registrosinternos; los formatos son variables eincluyen un byte (8 bits), una palabra (16bits) y una palabra doble (32 bits).Es importante considerar que solamente los microprocesadores del 80386 alPentium II manejan directamente números de 8, 16 y 32 bits; los anteriores,del 8086 al 80286, manejaban directamente números de 8 y 16 bits. 39
  40. 40. 40A partir del 80486, el microprocesador contenía un coprocesador numéricoque le permitía realizar operaciones aritméticas complejas utilizando lanotación de punto flotante.El coprocesador numérico, que es similar al chip de una calculadora,constituía una componente adicional en las computadoras basadas en losmicroprocesadores 8086 al 80386.Otra característica que hace poderoso al microprocesador es su capacidad paratomar decisiones simples basadas en hechos numéricos. Por ejemplo, unmicroprocesador puede decidir si un número es cero, si es positivo, etc.Estas decisiones simples permiten al microprocesador modificar el flujo delprograma,de manera que los programas parecen razonar por medio de estas decisionessimples.La tabla 1-4 muestra las capacidades de toma de decisiones de losmicroprocesadores de la familia Intel.BUSES.Un bus es un conjunto de conductores comunes que interconectancomponentes en un sistema de cómputo.En el sistema de cómputo basado en el microprocesador, existen tres busespara esta transferencia de información: el bus de direcciones, el de datos y elde control. 40
  41. 41. 41La figura 1-10 muestra cómo estos buses interconectan varios componentesdel sistema, como el microprocesador, la RAM (memoria delectura/escritura), la ROM (memoria de sólo lectura) y algunos pocosdispositivos de E/S.El bus de direcciones solicita a la memoria una localidad de memoria o a losdispositivos de E/S una localidad de E/S.Si la E/S es direccionada, el bus de direcciones contiene una dirección de E/Sde 16 bitsentre OOOOH y FFFFH.La dirección de E/S de 16 bits, o número de puerto, selecciona uno de 64 Kdispositivos diferentes de E/S.Si la memoria es direccionada, el bus de direcciones contiene una dirección dememoria, la cual varía en ancho de una versión del microprocesador a otra.El bus de datos transfiere información entre el microprocesador y su espaciode direccionamiento de memoria y E/S. Las transferencias de datos varían entamaño, desde 8 hasta 64 bits. 41
  42. 42. 42Microproce Tamaño Ancho de los buses Localidadessador de de Mínima – Máxima Memori Datos y a Dirección8086 1MB 16 20 0 0000H – F FFFFH.8088 1MB 8 2080186 1MB 16 2080188 1MB 8 2080286 16 MB 16 24 00 0000H - FF FFFFH.80386SX 16 MB 16 2480386DX 4 GB 32 32 0000 0000H - FFFF FFFFH.80386EX 64 MB 16 26 00 0000H - FF FFFFH.80486 4 GB 32 32 0000 0000H - FFFF FFFFH.Pentium 4 GB 64 32Pentium 4 GB 32 32OverDrivePentium Pro 4 GB 64 32Pentium Pro 64 GB 64 36 0 0000 0000H - F FFFF FFFFHPentium II 4 GB 64 32 0000 0000H - FFFF FFFFH.Pentium II 64 GB 64 32 0 0000 0000H - F FFFF FFFFHLa ventaja de un bus de datos más ancho es la velocidad de las aplicacionesque utilizan formatos de datos grandes.Por ejemplo, si la memoria almacena un número de 32 bits, elmicroprocesador 8088 requiere 4 operaciones de transferencia para concluir,ya que su bus de datos es de sólo 8 bits de ancho. El 80486 realiza la mismatarea en una sola transferencia, ya que su bus de datos es de 32 bits de ancho.En todos los miembros de la familia, la memoria está numerada por byte. 42
  43. 43. 43 43
  44. 44. 44El bus de control contiene líneas que seleccionan ya sea a la memoria o la E/Sy que ocasionan que éstas efectúen una operación de lectura o escritura.En la mayoría de los sistemas de cómputo existen 4 líneas del bus de control: • MRDC (control de lectura de memoria), • MWTC (control de escritura de memoria), • IORC (control de lectura de E/S) • IOWC (control de escritura de E/S).Observe que la raya encima de los caracteres indica que la señal de controlestá activa en cero (active-low) ; esto es, se encuentra activa cuando un cerológico aparece en la línea de control.PracticaInvestigar: (forma física , señales, protocolos)El puerto serialEl puerto Paralelo 44

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